DE10050651A1

DE10050651A1 - Filteranordnung mit einem Vorfilterelement

Info

Publication number: DE10050651A1
Application number: DE10050651A
Authority: DE
Inventors: Heinz Mueller
Original assignee: Filterwerk Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2000-10-13
Filing date: 2000-10-13
Publication date: 2002-04-18
Also published as: WO2002030545A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Luftfilteranordnung, die ein in Strömungsrichtung vor einem Hauptfilterelement (2) angeordnetes Vorfilterelement (1) aufweist. Das Vorfilterelement (1) weist ein verstellbares Verwirbelungs- oder Umlenkelement (4; 17) im Luftstrom (3; 11) auf, dass im Bereich der verwirbelten oder umgelenkten Luft (3; 11) unterhalb des Strömungskanals ein Auffangbehälter (7; 16) für auszufilternde Partikel angeordnet ist. Das verstellbare Verwirbelungs- oder Umlenkelement (4; 17) ist mit einem Stellorgan (5) verbunden, das das Verwirbelungselement (4; 17) in Abhängigkeit vom Luftstrom (3; 11) in den Strömungskanal hinein- oder herausbewegt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Filteranordnung mit einem Vorfilterelement nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Es ist beispielsweise aus der GB 2 197 802 A1 bekannt, dass bei einer Filterpatrone eines Luftfilters seitlich ein Vorfilterelement aus Schaumstoff in Strömungsrichtung vorgeschaltet ist. Dieser Schaumstoff dient in erster Li nie als Diffusor für die einströmende Luft und weist dar über hinaus auch noch eine Filterwirkung zur Schonung des Hauptfilterelements auf. Zwar ist hier vorgesehen, dass das Vorfilterelement von Zeit zu Zeit gereinigt wird, je doch ist nicht auszuschließen, dass sich verdichtete Par tikel im Vorfilterelement lösen und somit das Hauptfil terelement beeinträchtigen.

Weiterhin ist aus der DE 197 27 175 A1 ein Luftfilter für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem auf einem faserartigen Trägermaterial sogenannte Umlenkschaufeln eines Vorfil terelements angeordnet sind. Diese weisen eine dünne Schicht mit einem Haft- oder Klebemittels auf, wobei die ses Vorfilterelement für einen vorgegebenen Filterzyklus eine adhesive Wirkung für auszufilternde Partikel, insbe sondere Staub, aufweisen kann.

Insbesondere bei Luftfiltern für die Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen spielt neben einem guten Abscheidegrad ein möglichtst langes Wartungsintervall eine große Rolle. Da eine Vergrößerung der Dimensionen des Luftfilters, d. h. eine größere Papierfläche oder Papier mit größerem Speichervolumen, aus baulichen Gründen oft nicht möglich ist, wird entweder die Vorschaltung eines zusätzlichen Filtervlieses oder ein sogenannter Vorabscheider erwogen. Solche Vorabscheider mit bis zu 50 bis 70%iger Abschei dung von grobem Staub sind bisher als starre Gebilde aus geführt und in der Regel entsprechend der Luftmenge bei Volllast dimensioniert.

Für sich gesehen ist auch die Anwendung eines sogenannten Zyklons zur Ausfilterung von Partikeln aus einem Luft strom z. B. aus der DE 29 70 0579 A1 bekannt. Bei der An wendung eines solchen Zyklons im Strömungskanal eines An saugtraktes des Verbrennungsmotors liegt der Gesamtwider stand des Zyklons bei Volllast des Verbrennungsmotors bei ca. 11 bis 12 mbar und bewirkt damit einen Leistungsver lust von ca. 1,3%. Bei Teillast des Verbrennungsmotors ist die Vorabscheidewirkung dagegen äußerst gering, bei Leerlauf geht sie sogar gegen Null. Da jedoch der Verbrennungsmotor im Betrieb hauptsächlich im Leerlast- oder Teillastbereich arbeitet (Volllastfahrten werden aufgrund der zunehmenden Verkehrsdicht immer seltener) ist eine solche Anordnung heute äußerst nachteilig.

Aufgabenstellung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filterele ment der eingangs angegebenen Art so fortzubilden, dass auf einfache Weise insbesondere die Langzeit-Filter wirkung aufgrund einer Filteranordnung verbessert wird.

Vorteile der Erfindung

Eine Luftfilteranordnung nach der eingangs angegebenen Art mit einem in Strömungsrichtung vor einem Hauptfilter element angeordneten Vorfilterelement weist erfindungsge mäß in vorteilhafter Weise ein verstellbares Verwirbe lungs- oder Umlenkelement als Vorfilterelement im Luft strom auf. Weiterhin ist im Bereich der verwirbelten oder umgelenkten Luft unterhalb des Strömungskanals ein Auf fangbehälter für auszufilternde Partikel angeordnet und das verstellbare Verwirbelungs- oder Umlenkelement ist mit einem Stellorgan derart verbunden, dass das Verwirbe lungs- oder Umlenkelement in Abhängigkeit von der Inten sität des Luftstromes im Strömungskanal den Luftstrom be einflusst.

Nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsform ist das Umlenkelement eine der Querschnittsfläche des Strömungs kanals weitgehend angepasste Klappe, z. B. eine Rechteck- Viereck oder Halbrundform. Die Klappe ragt bei geringer Intensität des Luftstromes weit in den Strömungskanal hinein und beeinflusst bei Volllast den Luftstrom nahezu nicht. Der Auffangbehälter ist auf einfache Weise über eine sog. entsprechend angepasste Austragsöffnung mit dem Strömungskanal derart verbunden, dass Partikel des umge lenkten Luftstroms aufgrund der Schwerkraft in ihn hi neinfallen. Hierbei kann die Öffnung auch mit Leitflächen zur Steuerung des Luftstromes und der Partikel versehen sein, zum Beispiel mit mindestens einer nach oben gerun deten Zunge.

Bei einer zweiten beispielhaften Ausführungsform ist das Verwirbelungs- oder Umlenkelement eine oder mehrere Schaufel oder Flügel eines Zyklons, mit der die Verwirbe lung oder Umlenkung im Zyklon steuerbar ist. Es können hier z. B. 2, 4 oder 8 Flügel oder auch in anderer Kombi nation steuerbar angeordnet werden. Der Auffangbehälter ist auch hier über eine entsprechend angepasste Austrags öffnung bzw. einen Austragsschlitz mit der Außenwand des Zyklons derart verbunden, dass Partikel des rotierenden Luftstroms aufgrund der Schwerkraft in ihn hineinfallen. Der Auffangbehälter oder Staubtopf wird dabei entspre chend angeordnet, z. B. bei einem liegenden Zyklon senk recht unter dem Zyklon und bei einem stehenden Zyklon ne ben dem Zyklon.

Die Grundidee der Erfindung ist, dass z. B. die Schaufeln des Zyklons oder die umgelenkten Klappen in ihrer Stei gung der Leistung des Verbrennungsmotors angepasst wer den. Bei Leerlauf oder Teillast bis nahe an die Volllast ist mit einer hohen Steigung eine starke Verwirbelung o der Umlenkung der Luftströmung im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors bewirkt, bei Volllast wird jedoch ein schwacher Drall oder Umlenkung hervorgerufen um Motor leistung zu sparen.

In besonders vorteilhafter Weise ist die Luftfilteranord nung um Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors eines Kraft fahrzeuges angeordnet und das Stellorgan wird von einer Unterdruckdose gesteuert, deren Unterdruck von den Druck verhältnissen im Ansaugtrakt und damit von der Leistung des Verbrennungsmotors abhängig ist. Diese Anordnung kann als komplettes Modul vor ein Luftfiltergehäuse montierbar sein. Weiterhin kann die Wirkung der Filteranordnung noch verbessert werden, wenn die Luftfilteranordnung mit einem dem Vorfilterelement vorgeschalteten Vorvlies versehen ist.

Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildun gen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehre ren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungs form der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausfüh rungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Luftfilteran ordnung mit einem Vorfilterelement werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einer va riablen Umlenklappe im Ansaugtrakt eines Verbren nungsmotors,

Fig. 2 eine Detailansicht der Umlenkklappe im Schnitt A-B nach der Fig. 1,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer Zyklone im Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors und

Fig. 4 eine Teilansicht der Zyklone nach der Fig. 3 mit einer mittels einer Unterduckdose verstellba ren Schaufel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein Modul 1 gezeigt, mit dem ein Vorfil terelement an ein Hauptfilterelement 2 im Ansaugtrakt ei nes hier nicht dargestellten Verbrennungsmotors montier bar ist. Im Luftstrom 3 liegt eine verstellbare Umlenk klappe 4, die im Schnitt A-B nach Fig. 2 im Detail ge zeigt ist. Die Umlenkklappe 4 ist über eine Unterdruckdo se 5 mit einem Unterduckanschluss 6 in an sich bekannter Weise so gesteuert, dass sie bei Volllast des Verbren nungsmotors an der Wand des Vorfilterelements 1 anliegt (gestrichelte Darstellung) oder in einem voreingestellten Winkel anliegt und bei Leerlauf oder Teillast des Verbrennungsmotors (normale Darstellung) maximal ausge stellt ist.

Im durch die Klappe 4 umgelenkten oder verwirbelten Be reich der Luftströmung 3 befindet sich unterhalb des Strömungskanals ein Staubtopf 7 als Auffangbehälter für die auszufilternde Partikel. Eine entsprechende Austrags öffnung 8 ist ggf. mit nach oben gerundeten Zungen 9 so angeordnet, dass die Partikel aufgrund ihrer Schwerkraft in den Behälter 7 hineinfallen.

Bei einem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist das Vor filterelement als Zyklon 10 ausgebildet, bei dem ein Luftstrom 11 durch Einlassöffnungen 12 so in Rotation versetzt wird, dass er in der äußeren Kammer 13 rotiert und durch die innere Kammer 14 austritt. Die auszufil ternden Partikel landen auch hier durch einen Austrags schlitz 15 in einem Staubtopf 16.

Aus Fig. 4 ist erkennbar, wie eine hier exemplarisch dargestellte Schaufel oder Flügelklappe 17 durch die schon anhand der Fig. 1 beschriebene Unterduckdose 5 ge steuert wird. Auch hier erfolgt die Steuerung durch den über den Unterdruckanschluss 6 erfassten Unterdruck im Ansaugkanal derart, dass die Schaufel 17 bei Volllast des Verbrennungsmotors so gestellt, dass sie den Luftstrom möglichst wenig behindert (gestrichelte Darstellung). Bei Leerlauf oder Teillast des Verbrennungsmotors (normale Darstellung) führt die Schaufel 17 dagegen zu einer maxi mal Verwirbelung oder Umlenkung des Luftstromes.

Claims

1. Luftfilteranordnung, die
ein in Strömungsrichtung vor oder in einem Haupt filterelement (2) angeordnetes Vorfilterelement (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
das Vorfilterelement (1) ein verstellbares Ver wirbelungs- oder Umlenkelement (4; 17) im Luft strom (3; 11) aufweist, dass
im Bereich der verwirbelten oder umgelenkten Luft (3; 11) unterhalb des Strömungskanals ein Auffangbehälter (7; 16) für auszufilternde Parti kel angeordnet ist und dass
das verstellbare Verwirbelungs- oder Umlenkele ment (4; 17) mit einem Stellorgan (5) verbunden ist, das das Verwirbelungselement (4; 17) in Ab hängigkeit vom Luftstrom (3; 11) in den Strömungs kanal hinein- oder herausbewegt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
das Umlenkelement eine der Querschnittsfläche des Strömungskanals weitgehend angepasste Klappe (4) ist und dass der Auffangbehälter (7) über eine Öffnung (8) mit dem Strömungskanal derart verbun den ist, dass Partikel des umgelenkten Luftstroms aufgrund der Schwerkraft in ihn hineinfallen.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (8) mit Leitflächen (9) zur Steuerung des Luftstromes und der Partikel versehen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
das Verwirbelungs- oder Umlenkelement eine Schau fel (17) eines Zyklons (10) ist, mit der die Ver wirbelung oder Umlenkung der Luft im Zyklon (10) steuerbar ist, und dass
der Auffangbehälter (16) über eine Öffnung (15) mit der Außenwand des Zyklons (10) derart verbun den ist, dass Partikel des rotierenden Luftstroms aufgrund der Schwerkraft in ihn hineinfallen.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Luftfilteranordnung im Ansaugtrakt des Ver brennungsmotors eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist und das Stellorgan Bestandteil einer Unter druckdose (5) oder eines elektrischen Stellorgans ist, deren Unterdruck oder eine entsprechende Stellgröße von den Druckverhältnissen im Ansaug trakt und damit von der Leistung des Verbren nungsmotors abhängig ist.

6) Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Volllast des Verbrennungsmotors die Verwirbe lungs- oder Umlenkelemente (4; 17) so gestellt sind, dass sie den Luftstrom (3; 11) möglichst we nig behindern und bei Leerlauf oder Teillast des Verbrennungsmotors zu einer maximalen Verwirbe lung oder Umlenkung des Luftstromes (3; 11) füh ren.

7) Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Luftfilteranordnung mit einem dem Vorfilter element (1; 10) vorgeschalteten Vorvlies versehen ist.